(57)【要約】【課題】本発明は、ソレノイドを用いたプランジャストッパ等を設けることなく、エンジンを停止した際にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持できるスタータを提供することにある。【解決手段】動力伝達体が移動する際に生じる移動抵抗によって、エンジン停止状態でピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持するように構成した。具体的には、スタータモータの出力軸外周と動力伝達体の内周に設けられたヘリカルスプライン係合部におけるヘリカルスプラインの傾斜角度を、エンジン停止時にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持する大きさとしたのでソレノイドを用いたプランジャストッパ等を設けることなく、エンジンを停止した際にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持することが可能となる。【選択図】  図３
2010190226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを始動させるためのスタータであって、
電流を供給することにより回転駆動されるスタータモータと、
該スタータモータの回転力が伝達される出力軸上に摺動可能に設けられると共に、外周にピニオンを有し、前記出力軸上を摺動することにより、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合い状態を断続可能な動力伝達体と、
通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に摺動させるソレノイドと、
夫々が噛み合うように前記出力軸の外周と前記動力伝達体の内周に設けられ、前記ピニオンが前記リングギヤの駆動力によって回転した際に前記動力伝達体が前記リングギヤから離れる方向に摺動するように傾斜したヘリカルスプライン係合部と、
エンジン停止後に前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合うように前記ソレノイドを制御するコントローラと、
を有し、
前記ヘリカルスプライン係合部におけるヘリカルスプラインの傾斜角度を、エンジン停止時に前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合った状態を維持する大きさとしたことを特徴とするスタータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記ヘリカルスプラインの傾斜角度θは、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合い長さをＬとし、バックラッシュによって前記動力伝達体が移動可能な長さＳとした場合、Ｌ＞Ｓ／tanθの条件を満たすような角度としたことを特徴とするスタータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記動力伝達体における前記スタータモータの出力軸から回転力が伝達される基部と前記ピニオンとの間には、前記基部から前記ピニオンの方向のみに回転力を伝達する一方向クラッチが設けられており、該一方向クラッチは、前記ピニオンから前記基部へも摺動抵抗によって回転が伝達されることを特徴とするスタータ。
【請求項４】
請求項２において、
前記電磁駆動機構は、前記スタータモータとバッテリ間を導通状態と非導通状態に切り換えるマグネットスイッチによって駆動されることを特徴とするスタータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記電磁駆動機構は、可動鉄心と固定鉄心とコイルから構成されており、前記可動鉄心が前記コイルへの通電により固定鉄心側に移動することによって、レバーが前記動力伝達体を前記リングギヤに向かって移動する方向に押圧し、前記コイルへ通電を止めたときには、前記可動鉄心及び前記動力伝達体は戻しばねによって戻される方向の力を受けることを特徴とするスタータ。
【請求項６】
請求項２において、
前記動力伝達体は、前記スタータモータの出力軸上を摺動するように構成され、前記解除機構は、前記動力伝達体の内周と前記スタータモータの出力軸の外周に設けられたヘリカルスプライン係合部であることを特徴とするスタータ。
【請求項７】
請求項２において、
前記制御手段は、エンジンが完全に停止する前にも前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合うように前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御することを特徴とするスタータ。
【請求項８】
請求項２において、
アイドリングストップ車両に用いられることを特徴とするスタータ。
【請求項９】
エンジンを始動させるためのスタータであって、
電流を供給することにより出力軸が回転駆動されるスタータモータと、
該スタータモータの出力軸から回転力が伝達されるピニオンを有し、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合いを移動することにより断続可能な動力伝達体と、
通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に移動させる電磁駆動機構と、
前記リングギヤの回転数が前記動力伝達体の回転数を上回った際に、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合いを解除する方向に前記動力伝達体が移動するよう駆動力を与える解除機構と、
エンジンのクランクシャフトの回転が完全に停止した後に前記電磁駆動機構に電流を通電して前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御するコントローラと、
を有し、
エンジン停止後は、前記動力伝達体の移動に対する反力により前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合った状態を維持することを特徴とするスタータ。
【請求項１０】
請求項９において、
前記コントローラは、エンジンを停止させるための信号が入力されてから所定時間が経過してから前記電磁駆動機構に電流を通電することを特徴とするスタータ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記コントローラは、エンジンを停止させるための信号が入力された際のエンジン回転数を入力し、該エンジン回転数によって前記電磁駆動機構に電流を通電するタイミングを可変させることを特徴とするスタータ。
【請求項１２】
請求項９において、
前記コントローラは、エンジンの回転状態を検出するセンサによりエンジンのクランクシャフトの回転が完全に停止したことを確認した上で前記電磁駆動機構に電流を通電することを特徴とするスタータ。
【請求項１３】
エンジンを始動させるためのスタータであって、
電流を供給することにより出力軸が回転駆動されるスタータモータと、
該スタータモータの出力軸から回転力が伝達されるピニオンを有し、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合いを移動することにより断続可能な動力伝達体と、
通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に移動させる電磁駆動機構と、
前記リングギヤの回転数が前記動力伝達体の回転数を上回った際に、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合いを解除する方向に前記動力伝達体が移動するよう駆動力を与える解除機構と、
エンジン停止時に前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合うように前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御するコントローラと、
を有し、
エンジンは、前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合った状態であって、圧縮行程でピストンが下死点から上死点に向かう間で停止するようにしたことを特徴とするスタータ。
【請求項１４】
請求項１３において、
エンジンは、下死点と上死点間の中間位置よりも上死点側で停止するようにしたことを特徴とするスタータ。
【請求項１５】
請求項１４において、
エンジンは、上死点の手前で停止するようにしたことを特徴とするスタータ。
【請求項１６】
請求項１３において、
エンジンが停止し、前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合った状態で、エンジンを回転させるための最大負荷トルクよりも小さく、エンジンを回転させるための最小負荷トルクよりも大きいトルクで前記スタータモータを駆動させることを特徴とするスタータ。
【請求項１７】
請求項１６において、
エンジンが停止後に前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態では、前記スタータモータへの通電を停止することを特徴とするスタータ。
【請求項１８】
請求項１７において、
エンジンのクランク角を検出するクランク角センサを有し、前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態のクランク角が、ピストンが下死点から上死点に向かう間となる角度となっている状態で前記スタータモータへの通電を停止することを特徴とするスタータ。
【請求項１９】
請求項１７において、
エンジンのカム角を検出するカム角センサを有し、前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態のカム角が、圧縮行程となっている状態で前記スタータモータへの通電を停止することを特徴とするスタータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンを始動させるためのスタータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガスを低減するためにエンジンがアイドリング状態のときにエンジンを停止させ、車両を発進させる際にエンジンを再始動するアイドリングストップ機能を備えた自動車が増加する傾向にある。このようなアイドリングストップ機能を備えた自動車においては、エンジンを再始動させるたびにスタータを駆動する必要があるが、スタータは、スタータモータとバッテリを接続するためのマグネットスイッチに電流を通電し、このマグネットスイッチの駆動力によってピニオンをエンジンのクランクシャフトに動力が伝達されるリングギヤ側に移動させると共に、スタータモータを回転させて、ピニオンをリングギヤに噛み合わせる必要がある。このため、エンジンの再始動までに時間がかかり、速やかな発進ができないといった問題があった。特にピニオンとリングギヤが噛み合わない状態で衝突した場合には、始動までに更に時間がかかってしまう。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するために特許文献１に示すようなものが考えられている。この特許文献１は、エンジンが停止した後にマグネットスイッチを駆動させ、更にプランジャストッパによってマグネットスイッチのプランジャを保持することによって、ピニオンがリングギヤに噛み合った状態を維持し、エンジンの再始動の時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４５９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１は、マグネットスイッチのプランジャを保持するだけのために、ソレノイドからなるプランジャストッパを設けている。このため、搭載性が悪くなってしまうといった問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ソレノイドを用いたプランジャストッパを設けることなく、エンジンを停止した際にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持できるスタータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスタータは、動力伝達体が移動する際に生じる移動抵抗によって、エンジン停止状態でピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持するように構成したことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のスタータは、出力軸の外周と動力伝達体の内周にヘリカルスプライン係合部を設け、このヘリカルスプライン係合部におけるヘリカルスプラインの傾斜角度を、エンジン停止時にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持する大きさとしたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明のスタータは、エンジンのクランクシャフトの回転が完全に停止した後に電磁駆動機構に電流を通電して動力伝達体を移動させ、動力伝達体の移動に対する反力によりピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明のスタータは、ピニオンがリングギヤと噛み合った状態であって、圧縮行程でピストンが下死点から上死点に向かう間でエンジンを停止するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マグネットスイッチに新たなソレノイドを取り付けることなくエンジンを停止した際にピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持できる。このため、搭載性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例におけるエンジンが始動している状態のスタータの側面断面図である。
【図２】第１実施例におけるエンジンを停止させた直後のスタータの側面断面図である。
【図３】第１実施例におけるエンジンを停止させてから所定時間を経過したスタータの側面断面図である。
【図４】第１実施例におけるスタータの回路を示す図である。
【図５】第１実施例における動力伝達体の拡大図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】第１実施例におけるエンジン停止後の制御フローチャートである。
【図８】第１実施例におけるエンジン再始動時の制御フローチャートである。
【図９】第２実施例におけるスタータの回路を示す図である。
【図１０】第２実施例におけるエンジン停止後の制御フローチャートである。
【図１１】第２実施例におけるエンジン再始動時の制御フローチャートである。
【図１２】第２実施例の変形例を示すスタータの回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施例］
以下、本発明の第１実施例のスタータについて、図１〜図８を参照しながら説明する。図１は、エンジンが始動している状態のスタータの側面断面図である。図２は、エンジンを停止させた直後のスタータの側面断面図である。図３は、エンジンを停止させてから所定時間を経過したスタータの側面断面図である。図４は、スタータの回路を示す図である。図５は、動力伝達体の拡大図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。図７は、エンジン停止後の制御フローチャートである。図８は、エンジン再始動時の制御フローチャートである。
【００１４】
図１〜図３に示すスタータは、自動車に搭載されたバッテリからの電力供給を受けて、エンジンを始動させるための回転駆動力を発生する始動装置である。また、本実施例のスタータが搭載される自動車は、車両が停止した状態であって、エンジンの回転数がアイドリング回転数である状態が所定時間継続した場合にエンジンを停止させるアイドリングストップ機能を備えている。このようなアイドリングストップ機能を備えた自動車は、発進する度にエンジンを再始動させなければならないので、アイドリングストップ機能を有しない一般的な自動車に比べて、スタータを駆動させる頻度が非常に多い。
【００１５】
スタータは、エンジンを始動させる際に回転駆動力を発生させるスタータモータ１と、このスタータモータ１からの回転駆動力をエンジン側に断続する動力伝達体２と、この動力伝達体２がエンジンに回転駆動力を伝達するように作動させるための電磁駆動機構３と、動力伝達体２がエンジンに回転駆動力を伝達させないように作動する解除機構４と、電磁駆動機構３を制御する制御手段としてのコントローラ５とから構成されている。
【００１６】
スタータモータ１は、直流モータを採用しており、周方向に複数設けられたスロット１１内に複数相の回転子コイル１２が巻装されることで構成される回転子１３と、回転子１３の外周に回転子１３と対向して設けられ、周方向に異なった磁極が交互に形成されるように複数の永久磁石が装着された円筒状の固定子１４とを有している。
【００１７】
図１に示すように、固定子１４の軸方向一端側には、有底筒状のリアブラケット１５が取り付けられており、軸方向他端側には、一部が突出し、この突出部分に開口部を有するフロントブラケット１６が取り付けられている。
【００１８】
また、回転子１３には、一体的に回転するように固定された出力軸１７が設けられており、この出力軸１７は、一端がフロントブラケット１６の突出部分の先端に設けられたフロント軸受１８によって回転自在に支持されており、他端がリアブラケット１５の底部から回転子１３の内周側でフロントブラケット１６側に突出する保持部に設けられたリア軸受によって回転自在に支持されている。尚、フロント軸受１８とリア軸受は、ブッシュベアリングによって構成されている。
【００１９】
出力軸１７を支持しているリア軸受の外周側には、周方向に複数に分かれたコミュテータ１９が設けられており、このコミュテータ１９には、リアブラケット１５に固定されたブラシホルダー内のブラシ１１１が付勢された状態で接触している。このブラシ１１１は、バッテリＢに接続され、コミュテータ１９は、回転子コイル１２に接続されるので、ブラシ１１１とコミュテータ１９を介して外部のバッテリＢから回転子コイル１２に電流が供給可能となっている。このため、回転子１３にも周方向に複数の磁極が形成されるようになっている。
【００２０】
また、出力軸１７のフロントブラケット１６側は、フロント軸受１８まで延びており、回転子１３の軸方向端から所定長さにわたって外周面に第１ヘリカルスプライン１１２が形成されている。更に、出力軸１７の先端側には、フロント側軸受１８に隣り合うように環状溝が形成されており、この環状溝には環状のストッパ１１３がＣリングによって固定されている。
【００２１】
次に動力伝達体２について説明する。この動力伝達体２は、出力軸１７のフロントブラケット１６底部側の外周に設けられた基部２１及びピニオン２２と、基部２１とピニオン２２間に設けられたローラ２３等の部材からなる一方向クラッチ機構とからなる。
【００２２】
基部２１は、第１ヘリカルスプライン１１２と噛み合うように設けられた第２ヘリカルスプライン２４が内周に設けられた円筒状を呈しており、この第２ヘリカルスプライン２４は、軸方向の回転子１３側端から所定長さにわたって形成されている。このような第１ヘリカルスプライン１１２と第２ヘリカルスプライン２４によってヘリカルスプライン係合部が構成されている。第２ヘリカルスプライン２４におけるフロントブラケット１６側端の外周側には、環状の溝が形成されており、この環状の溝内には、円板状の鍔部２５が取り付けられている。更に基部２１のフロントブラケット１６底部側は、大径となっており、この大径部の内部には一方向クラッチ機構が収容可能なクラッチ収容空間が形成されている。このように構成された基部２１は、出力軸１７に対して、ヘリカルスプライン係合部に沿って捻られながら軸方向に移動可能となっている。
【００２３】
ピニオン２２も基部２１と同様に出力軸１７を収容する穴を有し、出力軸１７に沿って軸方向に移動可能となっている。このピニオン２２のフロント軸受１８側の軸方向端部外周には、ピニオンギヤが形成されており、回転子１３側の軸方向端部は、基部２１のクラッチ収容空間内に挿入されている。また、ピニオン２２における基部２１に挿入された部分のピニオンギヤ側には、環状の溝が設けられており、この環状の溝内に設けられる円板状の固定板２６が基部２１の大径部の外周に固定された固定部材２７によって挟持されることでピニオン２２と基部２１は、出力軸１７に沿って軸方向に一体的に移動する。このようにピニオン２２が基部２１と一体となってフロント側軸受１８側に移動するとピニオンギヤは、エンジンのクランクシャフトに連結されたリングギヤ６に噛み合うようになっている。尚、ピニオン２２は、出力軸１７に固定されたストッパ１１３に当接することによって軸方向の移動が規制されるようになっている。更に、ピニオン２２がストッパ１１３に当接したか否か、つまり、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているか否かを検出する検出装置７８が設けられており、ピニオン２２がストッパ１１３に当接した場合には、コントローラ５に信号が出力されるようになっている。このように動力伝達体２の軸方向の移動が規制された状態では、出力軸１７の回転駆動力がリングギヤ６に伝達されるようにヘリカルスプライン係合部の歯が傾斜している。
【００２４】
また、ピニオン２２と基部２１の間には、一方向クラッチ機能を持たせるためのローラ２３等の様々な部品が挿入されることで一方向クラッチが構成されている。このため、出力軸１７の駆動回転方向には基部２１からピニオン２２に回転を伝達することができるが、逆方向には回転が伝達できないようになっている。このように構成することによって、リングギヤ６の回転数がピニオン２２の回転数を上回った際には、リングギヤ６の回転力が基部２１に伝達されないようになっているが、一方向クラッチによってリングギヤ６の回転を伝達させないように滑りを生じさせている状態においてもある程度の摺動抵抗が働くことからピニオン２２の回転につられて基部２１も低回転で回転する。このため、基部２１及びピニオン２２は、ヘリカルスプライン係合部の作用によってリングギヤ６から離れる方向に移動し、ピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合いが解除される。このようにヘリカルスプライン係合部と一方向クラッチによって、リングギヤ６の回転数がピニオン
２２の回転数を上回った際に、ピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合いを解除する解除機構４を構成する。
【００２５】
次に電磁駆動機構３について説明する。電磁駆動機構３は、ソレノイド３１とレバー３２によって構成されている。ソレノイド３１は、スタータモータ１とほぼ平行に隣接して配置され、可動鉄心３３と固定子鉄心３４とソレノイドコイル３５とからなる。可動鉄心３３は、有底の略円筒形状に構成されており、底部と軸方向反対側に位置する開口端は、端面に向かって大径となるようなテーパ部が形成されており、可動鉄心３３の中空部内には、可動鉄心３３をレバー３２側に戻すための付勢手段である第１コイルスプリング３６が挿入されている。また、可動鉄心３３における底部の軸方向外側には、レバー挿通穴３７が開口したレバー挿通部３８が可動鉄心３３と一体的に移動できるように固定されている。このレバー挿入穴３７に挿入されるレバー３２は、ばね３９でフロントブラケット１６の内周側に付勢された状態で支点３１１を中心として揺動可能に設けられている。このレバー３２の一端は、レバー挿入穴３７に隙間を持った状態で挿入されており、他端は、動力伝達体２の基部２１における大径部の回転子１３側の軸方向側面に当接可能となっている。このため、レバー３２が可動鉄心３３の移動に伴って揺動すると、動力伝達体２にリングギヤ６側に移動させる力が作用する。尚、レバー３２におけるレバー挿入穴３７に挿入される部分と、基部２１に当接する部分は、円弧面となるような木の葉形状に形成されている。
【００２６】
可動鉄心３３の外周には、樹脂等の非磁性体からなるボビンに巻回されたソレノイドコイル３５が配置されており、更にソレノイドコイル３５は、磁性体からなる有底筒状のヨーク３１２の内部に収容されている。また、ヨーク３１２底部の軸中心位置には穴が開口しており、この穴とボビンの内周にわたって可動鉄心３３が摺動自在に挿入されている。
【００２７】
ヨーク３１２底部と軸方向逆側の開口端には、固定子鉄心３４が固定されている。この固定子鉄心３４は、軸中心位置にソレノイドコイル３５の内周に向かって突出した突出部を有し、外周部がヨーク４２の開口端に形成された段差に固定されている。また、固定子鉄心３４の突出部の先端には、可動鉄心３３のテーパ部にほぼ合致するような先細り形状のテーパ状の突起が設けられており、更にこのテーパ状の突起の頂面には、後述する接点シャフト７１が挿通される挿通穴が形成され、その外側には、可動鉄心３３を戻すための第１コイルスプリング３６が当接している。
【００２８】
次にスタータモータ１とバッテリＢ間を導通状態と非導通状態に切り換えるマグネットスイッチ７について説明する。マグネットスイッチ７は、電磁駆動機構３によって駆動されるようになっている。具体的には、固定子鉄心３４におけるテーパ状の突起の頂面に形成された挿通孔内に固定子鉄心３４に対して摺動自在に挿通された接点シャフト７１を有しており、この接点シャフト７１は、可動鉄心３３の中空部内に挿入可能となっていると共に、外周には第１コイルスプリング３６が配置されている。また、接点シャフト７１における可動鉄心３３側に対して反対側の端部には、大径部と小径部を有するよう段差が設けられた円形の第１バネ受け７２が加締めによって固定されている。また、この第１バネ受け７２の可動鉄心３３側には、接点となるべく導電性の材料で構成された円板状の可動接点７３が配置されている。更に、この可動接点７３の内周には、第２バネ受け７４が固定されており、この第２バネ受け７４は、可動接点７３と共に、接点シャフト７１の外周に沿って軸方向に移動可能に構成されている。
【００２９】
第２バネ受け７４と接点シャフト７１の外周に環状に形成された環状突起７５との間には第２コイルスプリング７６が設けられており、可動接点７３に何も荷重が作用していない状態では、可動接点７３と第２バネ受け７４が第２コイルスプリング７６によって、第１バネ受け７２側に付勢された状態となっているが、可動接点７３に可動鉄心３３側への軸方向の荷重が作用すると、接点シャフト７１に対して、可動接点７３と第２バネ受け７４が第２コイルスプリング７６の付勢力に抗して軸方向に移動するようになっている。また、第１バネ受け７２と後述する接点ケース７１１との間には、第３コイルスプリング７７が設けられており、接点シャフト７１を可動鉄心３３側に付勢している。
【００３０】
次に可動接点７３が当接する固定接点が設けられたスイッチ部について説明する。スイッチ部は、ヨーク３１２の開口端にて固定子鉄心３４と共にかしめ固定された接点ケース７１１と、接点ケース７１１に固定されたバッテリＢに接続されるバッテリ側固定接点７１２及びスタータモータ１の回転子コイル１２に接続される電動機側固定接点７１３とから構成されている。
【００３１】
また、接点ケース７１１は、非磁性体、かつ、絶縁材料である樹脂材料にて有底円筒形状に形成されており、略中心位置には第３コイルスプリング７７の一端が挿入される円形凹状の座部が設けられており、この座部の開口縁には、第３コイルスプリング７７の挿入及び曲がりを補助するためのテーパ面が形成されている。
【００３２】
次に図４に基づいてスタータの電気回路について説明する。バッテリＢとソレノイドコイル３５の間には、導通状態と非導通状態を切り換えるリレー５１が設けられており、このリレー５１はコントローラ５からの出力信号により作動する。また、バッテリＢは、マグネットスイッチ７におけるバッテリ側固定接点７１２にも接続されており、可動接点７３が可動することにより、バッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３とが接続されるようになっている。また、電動機側固定接点７１３は、スタータモータ１の回転子コイル１２と接続されているので、バッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３とが接続されるとバッテリＢから回転子コイル１２に電流が供給されてスタータモータ１が駆動されるようになっている。
【００３３】
次にスタータの作動について説明する。まず、エンジンが作動状態にあるときには、図４におけるリレー５１は非導通状態となっていることからソレノイドコイル３５には電流が供給されず、可動鉄心３３に吸引力が働かないため、図１に示すように可動鉄心３３は、第１コイルスプリング３６によって固定子鉄心３４から離間する方向に付勢されている。このため、可動鉄心３３に固定されたレバー挿通部３８のレバー挿通穴３７に挿通されたレバー３２は、可動鉄心３３によって一端側が押圧されて、他端側は動力伝達体２の基部２１における大径部から離間しており、動力伝達体２にはリングギヤ６側に移動させようとする力は生じない。また、接点シャフト７１も可動鉄心３３から離間しているため、接点シャフト７１は、第３コイルスプリング７７によって付勢されて可動鉄心３３側に最大に突出した状態を維持し、それに伴い可動接点７３もバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３とから離間している。よって、スタータモータ１の回転子コイル１２にも電流は供給されない。
【００３４】
ここで、エンジンを停止させる場合、エンジンを停止させるためにイグニッションスイッチをオフするか、もしくは、エンジンの回転数がアイドリング回転数である状態が所定時間継続するアイドリングストップの条件を満たす場合には、図７のステップＳ１のようにコントローラ５にエンジンを停止させる信号が入力され、ステップＳ２に進む。
【００３５】
ステップＳ２では、エンジンが完全に停止するまでの所定時間を経過したか否かを判断し、所定時間を経過したと判断された場合には、ステップＳ３に進み、コントローラ５からリレー５１を導通状態とするための信号が出力されてバッテリＢとソレノイドコイル３５が導通状態となる。このため、ソレノイドコイル３５の周囲にあるヨーク３１２，固定子鉄心３４，可動鉄心３３に磁束が生じ、図２に示すように可動鉄心３３が第１コイルスプリング３６の付勢力に打ち勝って固定子鉄心３４側に吸引される。このとき、可動鉄心３３が所定量ストロークをすると接点シャフト７１に当接し、可動鉄心３３と接点シャフト７１は一体となって固定子鉄心３４に向かって移動する。
【００３６】
また、接点シャフト７１が移動すると、可動接点７３も接点シャフト７１と一緒に第３コイルスプリング７７を縮めながらバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３側に当接するまで移動する。尚、可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３側に当接しても可動鉄心３３と接点シャフト７１は、第２コイルスプリング７６を縮めながら移動し、図２に示すように可動鉄心３３が固定子鉄心３４に当接した時点で移動を停止する。このとき、可動接点７３は、バッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３に対して、第２コイルスプリング７６を縮めた分の付勢力が作用して十分な押圧力で当接させることができる。
【００３７】
更に可動鉄心３３が固定子鉄心３４側に移動すると、可動鉄心３３に固定されたレバー挿通部３８のレバー挿通穴３７に挿通されたレバー３２に支点３１１を中心とした揺動力が作用する。このため、レバー３２の動力伝達体２側は、基部２１における大径部の側面に当接し、動力伝達体２をスタータモータ１の出力軸１７に沿ってリングギヤ６側に移動させる。このとき、出力軸１７の外周に設けられた第１ヘリカルスプライン１１２と基部２１の内周に設けられた第２ヘリカルスプライン２４とからなるヘリカルスプライン係合部によって動力伝達体２は捻られながらリングギヤ６に向かって移動する。
【００３８】
ここでリングギヤ６の歯の位置とピニオン２２のピニオンギヤの位置が合致すればリングギヤ６とピニオンギヤは噛み合って、ストッパ１１３にピニオン２２の先端が当接した状態で停止するが、両者が合致しなかった場合には、ピニオン２２がリングギヤ６の側面に当接して押圧された状態で停止することになる。このとき、ピニオン２２がストッパ１１３に当接したか否かを検出する検出装置７８が設けられているため、コントローラ５には、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っている場合には、信号が出力され、ステップＳ４でピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合いが判断される。ここで、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に入力された場合には、ステップＳ５で直ちにリレー５１をオフして、ソレノイドコイル３５への通電を止めるが、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に入力されない場合には、継続してソレノイドコイル３５への通電状態を維持する。
【００３９】
このように、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号が出力されなかった場合には、バッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１２とが可動接点７３を介して導通状態となることからスタータモータ１の回転子コイル１２に電流が通電され、回転子１３及び出力軸１７は回転する。このとき、出力軸１７と一緒にピニオン２２も回転するが、ピニオン２２を含む動力伝達体２は、レバー３２によってリングギヤ６側に押圧された状態となっているため、ピニオンギヤの歯とリングギヤ６の歯が合致した時点でピニオン２２はストッパ１１３に当接するまで軸方向に移動する。この作用によって検出装置７８からピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に出力され、ただちにステップＳ５に進んでリレー５１をオフし、ソレノイドコイル３５への通電を止める。また、ソレノイドコイル３５への通電を止めると図３に示すように可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１２から離間するため、バッテリＢと回転子コイル１２間が非導通状態となり、スタータモータ１は回転を止める。
【００４０】
このとき可動鉄心３３が、第１コイルスプリング３６の付勢力によって固定子鉄心３４と離間する方向に移動し、それに伴いレバー３２が鍔部２５に当接して、動力伝達体２を回転子１３側に戻そうとする力が作用するが、動力伝達体２とスタータモータ１の出力軸１７との間のヘリカルスプライン係合部におけるヘリカル歯の傾斜角度が動力伝達体２を移動させないような角度としてあるため、動力伝達体２は移動せず、ピニオン２２のピニオンギヤとリングギヤ６は噛み合った状態と維持する。
【００４１】
ここで図５及び図６を用いてヘリカルスプライン係合部におけるヘリカル歯の傾斜角度θの設定方法について説明する。ピニオン２２のピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合い長さをＬとし、ピニオン２２とリングギヤ６間に生じるバックラッシュによって動力伝達体２が移動可能な長さをＳとした場合、Ｌ＞Ｓ／tanθ の条件を満たすような角度とするとよい。尚、動力伝達体２が噛み合った状態を維持するには、ヘリカル歯の傾斜角度と、スタータモータ１のコギングトルクや各摺動部の摩擦力等の移動抵抗や反力を比較して設定する必要がある。
【００４２】
このようにソレノイドコイル３５への通電を止めてもピニオン２２のピニオンギヤとリングギヤ６は噛み合った状態を維持するが、図３に示すように可動鉄心３３に一体的に設けられたレバー挿入部３８のレバー挿入穴３７と、レバー３２との間に所定のクリアランスが設けられているため、可動鉄心３３は、図２の状態より第１コイルスプリング３６によって若干戻されるため、それに伴って接点シャフト７１も戻される。このため、可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１２に対して離間してバッテリＢとソレノイドコイル３５が非導通状態となる。つまり、エンジンが停止している状態では、ピニオン２２のピニオンギヤとリングギヤ６は噛み合った状態を維持するが、ソレノイドコイル３５や回転子コイル１２には電流が供給されないようになっている。
【００４３】
エンジンの停止状態から、再度エンジンを始動させようとしたときには、ピニオン２２のピニオンギヤとリングギヤ６が噛み合っているため、直ぐに可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１２と当接して、回転子コイル１２に電流が供給されてスタータモータ１が回転することになる。
【００４４】
エンジンの停止状態からエンジンを再始動させるまでを図８のフローチャートに基づいて説明すると、エンジンが停止している状態であるステップＳ６において、イグニッションスイッチがオンされたか否かをステップＳ７で判断する。ここでイグニッションスイッチがオンされたと判断された場合には、ステップＳ９に進み、コントローラ５にエンジンが再始動させる信号が入力される。また、ステップＳ７において、イグニッションスイッチがオンされたと判断されない場合には、ステップＳ８に進みアイドリングストップを解除させる条件を満たしているか否かが判断される。ここでアイドリングストップを解除させる条件を満たしている場合には、ステップＳ９に進み、アイドリングストップを解除させる条件を満たしていない場合には、ステップＳ６に戻りエンジン停止状態を維持する。尚、アイドリングストップを解除させるための条件としては、ブレーキが解除され、かつ、アクセルが踏み込まれた状態や、クラッチペダルを有する車両においては、更にクラッチペダルが踏み込まれた状態が検出された場合にアイドリングストップを解除すると判断する。
【００４５】
ステップＳ９でコントローラ５にエンジンが再始動させる信号が入力されると、ステップＳ１０に進んでリレー５１をオンする。このため、直ぐに可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１２と当接して、回転子コイル１２に電流が供給されてスタータモータ１が回転することになる。
【００４６】
次にステップＳ１１に進み、エンジンが始動したか否かが判断される。エンジンが始動したと判断した信号がコントローラ５に送られた場合には、スッテプＳ１２に進み、リレー５１がオフされ、ソレノイドコイル３５及び回転子コイル１２には電流が供給されない状態となる。また、ステップＳ１１にてエンジンが始動したと判断した信号がコントローラ５に送られなかった場合には、リレー５１がオンした状態を維持する。尚、ステップＳ１１においてエンジンが始動したか否かの判断は、例えば、エンジン回転数を検出して、エンジン回転数が所定回転以上を所定時間継続した場合にエンジンが始動したと判断することが考えられる。
【００４７】
ここで、エンジンが始動するとリングギヤ６の回転数がスタータモータ１の回転数を上回ることがあるが、動力伝達体２に設けられた一方向クラッチによって回転が吸収されるため、出力軸１７には駆動方向と逆方向の回転力は伝達されない。しかしながら、一方向クラッチによってピニオン２２からの回転を吸収するにしても一方向クラッチの摺動部には摺動抵抗があるため、ピニオン２２の回転につられて基部２１にも摺動抵抗によって回転が伝達される。このため、基部２１及びピニオン２２は、ヘリカルスプライン係合部の傾斜方向によって、リングギヤ６から離間する回転子１３の方向に移動するため、リングギヤ６とピニオンギヤの係合が解かれる。このようにヘリカルスプライン係合部によってピニオン２２とリングギヤ６の噛み合いを解除する解除機構が構成される。
【００４８】
以上、第１実施例の構造及び作動について説明したが、第１実施例の作用効果を以下に示す。
【００４９】
第１実施例は、エンジンを始動させるためのスタータであって、電流を供給することにより出力軸が回転駆動されるスタータモータと、該スタータモータの出力軸から回転力が伝達されるピニオンを有し、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合いを移動することにより断続可能な動力伝達体と、通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に移動させる電磁駆動機構と、前記リングギヤの回転数が前記動力伝達体の回転数を上回った際に、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合いを解除する方向に前記動力伝達体が移動するよう駆動力を与える解除機構と、エンジン停止後に前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合った状態となるように前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御する制御手段と、を有し、前記動力伝達体が移動する際に生じる移動抵抗によって、エンジン停止状態で前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合った状態を維持するように構成したので、速やかにエンジンを始動させることができ、プランジャストッパ等の電動機を新たに設ける必要がないため、安価な装置とすることができる。更に、スタータ自体にプランジャストッパが設けられていないので車両への搭載性も向上することができる。
【００５０】
また、前記動力伝達体における前記スタータモータの出力軸から回転力が伝達される基部と前記ピニオンとの間には、前記基部から前記ピニオンの方向のみに回転力を伝達する一方向クラッチが設けられており、該一方向クラッチは、前記ピニオンから前記基部へも摺動抵抗によって回転が伝達されるので、リングギヤの回転数がピニオンの回転数を上回ったとしてもスタータモータの出力軸に駆動方向を逆方向の大きな力が作用することがない。
【００５１】
また、前記電磁駆動機構は、前記スタータモータとバッテリ間を導通状態と非導通状態に切り換えるマグネットスイッチによって駆動されるようになっているので、マグネットスイッチとは別にソレノイド等からなる電磁駆動機構を設けなくてもよい。このため、安価な装置とすることができる。
【００５２】
また、前記電磁駆動機構は、可動鉄心と固定鉄心とコイルから構成されており、前記可動鉄心が前記コイルへの通電により固定鉄心側に移動することによって、レバーが前記動力伝達体を前記リングギヤに向かって移動する方向に押圧し、前記コイルへ通電を止めたときには、前記可動鉄心及び前記動力伝達体は戻しばねによって戻される方向の力を受ける可動鉄心や動力伝達体の一方向の移動力を電気的に付与するだけでよく、初期状態に戻すための電気的駆動機構を新たに設ける必要がない。このため、安価な装置とすることができる。
【００５３】
また、前記動力伝達体は、前記スタータモータの出力軸上を摺動するように構成され、前記解除機構は、前記動力伝達体の内周と前記スタータモータの出力軸の外周に設けられたヘリカルスプライン係合部であるので、エンジン始動後にリングギヤの回転数がピニオンの回転数を上回ると自動的にリングギヤとピニオンギヤの係合が解かれるので、新たな動力源を必要としない。このため、安価な装置とすることができる。
【００５４】
また、第１実施例は、アイドリングストップ車両に用いられているので、速やかにエンジンの再始動ができる点で効果が大きい。
【００５５】
また、第１実施例は、エンジンを始動させるためのスタータであって、電流を供給することにより回転駆動されるスタータモータと、該スタータモータの回転力が伝達される出力軸上に摺動可能に設けられると共に、外周にピニオンを有し、前記出力軸上を摺動することにより、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合い状態を断続可能な動力伝達体と、通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に摺動させるソレノイドと、夫々が噛み合うように前記出力軸の外周と前記動力伝達体の内周に設けられ、前記ピニオンが前記リングギヤの駆動力によって回転した際に前記動力伝達体が前記リングギヤから離れる方向に摺動するように傾斜したヘリカルスプライン係合部と、エンジン停止後に前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合うように前記ソレノイドを制御するコントローラと、を有し、前記ヘリカルスプライン係合部におけるヘリカルスプラインの傾斜角度を、エンジン停止時に前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合った状態を維持する大きさとしたので、ヘリカルスプラインの傾斜角度を、スタータモータのコギングトルクや各摺動部の摺動抵抗を考慮して設定するだけでエンジンが停止した状態でのリングギヤとピニオンギヤの噛み合い状態を維持することができる。尚、前記ヘリカルスプラインの傾斜角度θは、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合い長さをＬとし、バックラッシュによって前記動力伝達体が移動可能な長さＳとした場合、Ｌ＞Ｓ／tanθの条件を満たすような角度とするとよい。
【００５６】
また、第１実施例は、エンジンを始動させるためのスタータであって、電流を供給することにより出力軸が回転駆動されるスタータモータと、該スタータモータの出力軸から回転力が伝達されるピニオンを有し、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合いを移動することにより断続可能な動力伝達体と、通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に移動させる電磁駆動機構と、前記リングギヤの回転数が前記動力伝達体の回転数を上回った際に、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合いを解除する方向に前記動力伝達体が移動するよう駆動力を与える解除機構と、エンジンのクランクシャフトの回転が完全に停止した後に前記電磁駆動機構に電流を通電して前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御するコントローラと、を有し、エンジン停止後は、前記動力伝達体の移動に対する反力により前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合った状態を維持するようにしているので速やかにエンジンを始動させることができ、プランジャストッパ等の電動機を新たに設ける必要がないため、安価な装置とすることができる。更に、スタータ自体にプランジャストッパが設けられていないので車両への搭載性も向上することができる。
【００５７】
また、前記コントローラは、エンジンを停止させるための信号が入力されてから所定時間が経過してから前記電磁駆動機構に電流を通電するようにしたので確実にピニオンとリングギヤを噛み合わせることができる。
【００５８】
尚、第１実施例では、エンジンが停止した後にリレー５１をオンしてピニオンギヤとリングギヤ６を噛み合い状態となるようにコントローラ５によって制御しているが、エンジンを停止させようとする信号がコントローラ５に入力されてからエンジンが実際に停止するまでの間にピニオンギヤをリングギヤ６に噛み合うようにしてもよい。エンジンは、停止するための信号がコントローラ５に入力されてから実際に停止するまで惰性で回転するが、このときリングギヤ６は、スタータモータ１を駆動しなくても低回転で回転しており、この状態で動力伝達体２をリングギヤ６方向に移動させれば、スタータモータ１を回転させなくてもピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合わせを行うことが可能となる。このようにすれば、エンジン停止後にスタータモータ１が駆動することによる運転者の違和感を無くすことができ、更に、回転子コイル１２への通電を最小限に留めることができるので電流消費も少なくすることができる。
【００５９】
また、エンジンを停止させる直前のエンジン回転数によってリングギヤ６の回転状態が異なるため、コントローラ５は、エンジンを停止させるための信号が入力された際のエンジン回転数を入力し、このエンジン回転数によってソレノイドコイル３５に電流を通電するタイミングを可変させてもよい。このようにすることにより、確実にピニオンギヤとリングギヤ６を噛み合わせることができる。
【００６０】
また、第１実施例では、コントローラ５にエンジンを停止させる信号が入力されてから、エンジンが完全に停止したか否かについて、所定時間を経過したことによって判断していたが、エンジンの回転状態を検出するセンサによりエンジンのクランクシャフトの回転が完全に停止したことを確認した上でリレー５１をオンしても構わない。このようにすることにより、確実にピニオンギヤとリングギヤ６を噛み合わせることができる。
【００６１】
また、第１実施例では、ピニオンギヤとリングギヤ６が噛み合ったことを検出する検出装置７８を設けたが、実験等によりピニオンギヤとリングギヤ６が確実に噛み合うような回転子コイル１２への通電時間がわかれば、検出装置７８を省略することも可能である。
【００６２】
また、第１実施例では、スタータモータ１の出力軸１７が回転子１３と一体に回転するように構成されているが、回転子１３の回転をギヤやプーリ等の伝達手段を介して回転子１３とは別体に設けられた出力軸１７に伝達するようにしてもよい。
【００６３】
また、第１実施例では、マグネットスイッチ７の駆動力によって動力伝達体２を移動させたが、スタータモータ１の出力軸１７を回転させ、動力伝達体２の慣性力を利用してピニオン２２をリングギヤ６側に移動させるように構成してもよい。このように構成すればマグネットスイッチ７を省略することも可能となる。
【００６４】
［第２実施例］
次に本発明の第２実施例について、図９〜図１１に基づいて説明する。図９は、第２実施例のスタータの回路を示す図である。図１０は、第２実施例のエンジン停止後の制御フローチャートである。図１１は、第２実施例のエンジン再始動時の制御フローチャートである。尚、第１実施例と共通する部位については、同一称呼，同一の符号で表す。
【００６５】
第２実施例は、電磁駆動機構３のソレノイド３１によってマグネットスイッチ７の可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２及び電動機側固定接点７１３と当接してバッテリＢからスタータモータ１に電流が供給されるが、第１実施例とは異なり、電動機側固定接点７１３とスタータモータ１の間には、抵抗７９が設けられている。この抵抗７９は、スタータモータ１の出力トルクが、リングギヤ６を回転させるのに必要な最小負荷トルクよりも大きく、リングギヤ６を回転させるのに必要な最大負荷トルクより小さくなるような電流がスタータモータ１に供給できる大きさに設定されている。つまり、抵抗７９を経由して供給された電流では、スタータモータ１がリングギヤ６を３６０度回転させることはできない。
【００６６】
また、第２実施例は、マグネットスイッチ７に加え、第２マグネットスイッチ８を有している。この第２マグネットスイッチ８は、マグネットスイッチ７と同様に、第２ソレノイド８２によって駆動されるようになっており、更にこの第２ソレノイドにおける第２ソレノイドコイル８３とバッテリＢとの間を導通状態と非導通状態に切り換える第２リレー８１を有している。このため、コントローラ５から第２リレー８１に導通させるための信号が出力されると第２ソレノイドコイル８３にはバッテリＢから電流が供給され、マグネットスイッチ７と同様に、第２可動接点８４が第２バッテリ側固定接点８６と第２電動機側固定接点８５と接触して、バッテリＢからスタータモータ１に電流が供給される。この第２電動機側固定接点８５とスタータモータ１間には、特別な抵抗を設けていないため、マグネットスイッチ７の可動接点７３がバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３と接触したときよりも大きな電流が流れるようになっている。つまり、第２マグネットスイッチ８がオンされたときの方がマグネットスイッチ７がオンされたときよりもスタータモータ１の出力トルクが大きくなる。このため、第２マグネットスイッチ８がオンされるとリングギヤ６を回転させるのに必要な最大トルクよりも大きなトルクがスタータモータ１から出力されるのでリングギヤ６を３６０度以上、回転させることが可能となっている。
【００６７】
以上のように第２実施例は、第１実施例に対して、更に抵抗７９及び第２マグネットスイッチ８を備えているが、抵抗７９及び第２マグネットスイッチ８は、図１〜図３に示すようなスタータとは別の場所に設けられるため、スタータの構造自体は第１実施例とほぼ同様である。
【００６８】
次に図８の制御フローチャートを用いて第２実施例の作動について説明するが、スタータの構造については、第１実施例とほぼ同様であるため、図１〜図３に基づいて説明する。
【００６９】
まず、エンジンが作動状態にあるときには、リレー５１及びリレー８１は非導通状態となっていることからソレノイドコイル３５及び第２ソレノイドコイル８３には電流が供給されていないため、レバー３２は動力伝達体２を押圧しておらず、ピニオン２２はリングギヤ６から離間している。また、可動接点７３もバッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３とから離間している。よって、スタータモータ１の回転子コイル１２にも電流は供給されない。
【００７０】
ここで、エンジンを停止させる場合、エンジンを停止させるためにイグニッションスイッチをオフするか、もしくは、エンジンの回転数がアイドリング回転数である状態が所定時間継続するアイドリングストップの条件を満たす場合には、図１０のステップＳ１１１のようにコントローラ５にエンジンを停止させる信号が入力され、ステップＳ１１２に進む。
【００７１】
ステップＳ１１２では、エンジンが完全に停止するまでの所定時間を経過したか否かを判断し、所定時間を経過したと判断された場合には、ステップＳ１１３に進み、コントローラ５からリレー５１を導通状態とするための信号が出力されてバッテリＢとソレノイドコイル３５が導通状態となる。ソレノイドコイル３５への通電によって、第１実施例と同様に可動鉄心３３の移動に伴いレバー３２が揺動してピニオン２２を有する動力伝達体２がリングギヤ６の方向に向かって移動する。
【００７２】
ここでリングギヤ６の歯の位置とピニオン２２のピニオンギヤの位置が合致すればリングギヤ６とピニオンギヤは噛み合って、ストッパ１１３にピニオン２２の先端が当接した状態で停止するが、両者が合致しなかった場合には、ピニオン２２がリングギヤ６の側面に当接して押圧された状態で停止することになる。このとき、ピニオン２２がストッパ１１３に当接したか否かを検出する検出装置７８が設けられているため、コントローラ５には、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っている場合には、信号が出力され、ステップＳ１１４でピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合いが判断される。ここで、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に入力された場合には、ステップＳ１１５に進み、ピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に入力されない場合には、継続してソレノイドコイル３５への通電状態を維持する。
【００７３】
また、ソレノイドコイル３５への通電に伴って可動接点７３は、バッテリ側固定接点７１２と電動機側固定接点７１３側に当接し、スタータモータ１にバッテリＢから電流が供給されるが、電動機側固定接点７１３とスタータモータ１との間に抵抗７９が設けられているため、スタータモータ１には小電流での予備通電が行われる。
【００７４】
この予備通電によって、スタータモータ１の出力軸１７からピニオン２２に回転力が伝達され、ピニオンギヤの歯とリングギヤ６の歯が合致した時点でピニオン２２はストッパ１１３に当接するまで軸方向に移動してピニオンギヤとリングギヤ６は噛み合う。この作用によって検出装置７８からピニオンギヤがリングギヤ６と噛み合っているとする信号がコントローラ５に出力され、ステップＳ１１５に進む。
【００７５】
更に、予備通電によってピニオン２２は回転するがスタータモータ１は小電流で通電されているため、リングギヤ６を回転させるのに必要な最大負荷トルクより若干小さなトルクで回転する。このため、エンジンの回転負荷が最も大きくなるリングギヤ６の角度付近では、スタータモータ１の出力トルクが不足して、リングギヤ６を回転させることができず、その位置でピニオン２２は回転を停止する。
【００７６】
ステップＳ１１５では、リングギヤ６の位置が規定の位置にあるか否かを検出し、規定の位置にあるときにはステップＳ１１６に進んでリレー５１をオフしてソレノイドコイル３５への通電を止める。また、ステップＳ１１５でリングギヤ６の位置が規定の位置にない場合には、リレー５１のオン状態を継続する。
【００７７】
ここでリングギヤ６の規定の位置とは、エンジンが圧縮行程でピストンが下死点から上死点に向かう間の下死点と上死点間の中間位置よりも上死点側となるような位置であり、上死点より若干手前の位置の方がよい。エンジンは、吸気バルブ及び排気バルブが閉じている圧縮工程において上死点手前がクランクシャフトに最も負荷が作用するところであり、スタータモータ１が予備通電によって停止するところが圧縮工程におけるピストンの上死点手前の位置となるようになっている。ステップＳ１１５において、リングギヤ６の位置は、特別にセンサを設ける必要はなく、エンジンにもともと装着されているエンジンのクランク角を検出するクランク角センサやカムシャフトの角度を検出するカム角センサからの情報により検出することができる。尚、複数の気筒を有するエンジンにおいては、各気筒のピストンの位置が異なるが、この場合、平均的にピストンが下死点から上死点に向かう間となっているところが最も負荷トルクが大きくなるところである。
【００７８】
このように第２実施例では、リングギヤ６の位置をエンジンの最も負荷の大きい位置で停止させているのでエンジンが停止した後に、クランクシャフトが回転してしまうことがほとんどなく、ソレノイドコイル３５へ電流を通電しない状態であってもピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合い状態を維持することができる。また、第１実施例のようにヘリカルスプライン係合部のヘリカル歯の傾斜角度を大きくしなくてもピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合い状態を維持することができる。
【００７９】
次にエンジンの停止状態からエンジンを再始動させるまでを図１１のフローチャートに基づいて説明する。エンジンが停止している状態であるステップＳ１１７において、イグニッションスイッチがオンされたか否かをステップＳ１１８で判断する。ここでイグニッションスイッチがオンされたと判断された場合には、ステップＳ１２０に進み、コントローラ５にエンジンが再始動させる信号が入力される。また、ステップＳ１１８において、イグニッションスイッチがオンされたと判断されない場合には、ステップＳ１１９に進みアイドリングストップを解除させる条件を満たしているか否かが判断される。ここでアイドリングストップを解除させる条件を満たしている場合には、ステップＳ１２０に進み、アイドリングストップを解除させる条件を満たしていない場合には、ステップＳ１１７に戻りエンジン停止状態を維持する。
【００８０】
ステップＳ１２０でコントローラ５にエンジンが再始動させる信号が入力されると、ステップＳ１２１に進んでリレー５１をオンする。更にステップＳ１２２でピニオンギヤとリングギヤ６が噛み合っているか否かを検出装置７８で検出し、噛み合っていると判断された場合には、ステップＳ１２３に進んでリレー５１をオフする。また、ピニオンギヤとリングギヤ６が噛み合っていると判断されなかった場合には、リレー５１のオン状態を維持する。尚、第２実施例の場合、エンジン停止時にピニオンギヤとリングギヤ６を噛み合わせているため、ステップＳ１２１〜ステップＳ１２３までのステップを省略することも可能であるが、何からの原因で万が一、ピニオンギヤとリングギヤ６の噛み合いが解除されてしまった場合、エンジンを再始動できなくなってしまうので安全性を鑑みて行っている。
【００８１】
ステップＳ１２３の後、ステップＳ１２４に進み、次に第２リレー８１をオンする。このため、バッテリＢと第２ソレノイドコイル８３の間が導通状態となり、第２ソレノイドコイル８３に電流が供給される。これにより、第２可動接点８４が第２バッテリ側固定接点８６及び第２電動機側固定接点８５と接触して、バッテリＢからスタータモータ１の回転子コイル１２に電流が供給され、スタータモータ１の出力軸１７が回転し、それに伴いピニオン２２及びリングギヤ６が回転する。
【００８２】
次にステップＳ１２５では、エンジンが始動したか否か判断し、エンジンが始動した場合には、ステップＳ１２６に進み、第２リレー８１をオフし、第２ソレノイドコイル８３及び回転子コイル１２への通電をやめる。尚、エンジンが始動したか否かについては、第１実施例と同様に、エンジン回転数を検出して、エンジン回転数が所定回転以上を所定時間継続した場合にエンジンが始動したと判断することが考えられる。
【００８３】
また、図１１のフローチャートでは省略してあるが、ステップＳ１２５においてエンジンがなかなか始動しなかった場合、バッテリＢの電圧が低下しないように所定時間を経過すると自動的に第２リレー８１をオフし、再度、第２リレー８１をオンすることを数回繰り返す。それでもエンジンが始動しなかった場合には、異常であることを示す警告を出すようになっている。また、エンジン始動時に運転者がイグニッションスイッチをオンさせることでエンジンを始動させようとした場合には、イグニッションスイッチをオフすることで第２リレー８１がオフするようになっている。
【００８４】
以上、第２実施例の構造及び作動について説明したが、第２実施例の作用効果を以下に示す。
【００８５】
第２実施例は、エンジンを始動させるためのスタータであって、電流を供給することにより出力軸が回転駆動されるスタータモータと、該スタータモータの出力軸から回転力が伝達されるピニオンを有し、エンジンの動力が伝達されるリングギヤと前記ピニオンとの噛み合いを移動することにより断続可能な動力伝達体と、通電することにより前記動力伝達体を前記ピニオンと前記リングギヤが噛み合う方向に移動させる電磁駆動機構と、前記リングギヤの回転数が前記動力伝達体の回転数を上回った際に、前記ピニオンと前記リングギヤの噛み合いを解除する方向に前記動力伝達体が移動するよう駆動力を与える解除機構と、エンジン停止時に前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合うように前記動力伝達体を移動させるべく前記電磁駆動機構を制御するコントローラと、を有し、エンジンは、前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合った状態であって、圧縮行程でピストンが下死点から上死点に向かう間で停止するようにしたので、速やかにエンジンを始動させることができる。また、スタータ自体は、従来の装置を用いてもリングギヤが最も負荷トルクの大きな位置で停止しているのでピニオンとリングギヤの噛み合い状態を維持することができる。尚、リングギヤを負荷トルクの大きな位置で停止させるために新たなマグネットスイッチを必要とするがスタータと一体的に設ける必要がないため、車両への搭載性を向上することができる。
【００８６】
尚、エンジンは、下死点と上死点間の中間位置よりも上死点側で停止した方がよく、更には、上死点の手前で停止するようにした方がよい。このようにすれば、ピニオンとリングギヤの噛み合いの維持を更に確実とすることができる。
【００８７】
また、第２実施例は、エンジンが停止し、前記ピニオンが前記リングギヤと噛み合った状態で、エンジンを回転させるための最大負荷トルクよりも小さく、エンジンを回転させるための最小負荷トルクよりも大きいトルクで前記スタータモータを駆動させるようにしたので、容易にリングギヤを規定の位置に停止させることができる。
【００８８】
また、エンジンが停止後に前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態では、前記スタータモータへの通電を停止することでリングギヤを規定の位置に停止させれば、更に容易にリングギヤを規定の位置に停止させることができる。
【００８９】
また、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサを有し、前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態のクランク角が、ピストンが下死点から上死点に向かう間となる角度となっている状態で前記スタータモータへの通電を停止するようにすれば、ピニオンとリングギヤの噛み合いの維持を更に確実とすることができる。また、エンジンのカム角を検出するカム角センサを有し、前記スタータモータが通電状態で回転駆動を停止した状態のカム角が、圧縮行程となっている状態で前記スタータモータへの通電を停止するようにしても、ピニオンとリングギヤの噛み合いの維持を更に確実とすることができる。尚、確実性を考えればクランク角センサの情報とカム角センサの情報の両方からリングギヤの位置を検出した方がよい。
【００９０】
尚、第２実施例では、２つのマグネットスイッチを用いたが、クランク角センサとカム角センサ等によりリングギヤの位置及びエンジンが圧縮工程であるか否かを検出することができるならば、リングギヤの回転位置をコントローラにフィードバックすることにより、１つのマグネットスイッチでも圧縮行程でピストンが上死点付近となる位置で停止させることが可能となる。また、センサからの情報を用いない場合には、ＰＷＭ制御等でスタータモータへの電流を可変させることができれば１つのマグネットスイッチであっても圧縮行程でピストンが上死点付近となる位置で停止させることが可能となる。
【００９１】
また、第２実施例の変形例として図１２に示すようにピニオン２２の移動のタイミングとスタータモータ１の出力軸１７が回転するタイミングを任意に設定する必要がある場合には、第２実施例の構成に加えて、第３ソレノイド８７と第３マグネットスイッチ８９及び第３リレー８８を用いることも考えられる。このように構成すれば、細かな調整が可能となり、運転者への違和感を出来るだけ軽減させることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  スタータモータ
２  動力伝達体
３  電磁駆動機構
４  解除機構
５  コントローラ（制御手段）
６  リングギヤ
７  マグネットスイッチ
８  第２マグネットスイッチ
１７  出力軸
２１  基部
２２  ピニオン
２３  ローラ（一方向クラッチ機構）
２４  第２ヘリカルスプライン（ヘリカルスプライン係合部）
３１  ソレノイド
３２  レバー
３３  可動鉄心
３４  固定子鉄心
３５  ソレノイドコイル
８１  第２リレー
８２  第２ソレノイド
８３  第２ソレノイドコイル
１１２  第１ヘリカルスプライン（ヘリカルスプライン係合部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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